DE3119972A1 - Overload protection device - Google Patents

Overload protection device

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DE3119972A1 DE19813119972 DE3119972A DE3119972A1 DE 3119972 A1 DE3119972 A1 DE 3119972A1 DE 19813119972 DE19813119972 DE 19813119972 DE 3119972 A DE3119972 A DE 3119972A DE 3119972 A1 DE3119972 A1 DE 3119972A1
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Abstract

An overload protection device is proposed for a circuit arrangement having a high blocking-capability power transistor (T1), connected in series with a load (RL), and having a control circuit which drives the power transistor (T1). The overload protection device protects the high blocking-capability power transistor against unacceptably high power loss, and the control circuit against unacceptable overvoltages. Between the two operating current lines (10, 11) of the control circuit, the overload protection device contains the series circuit consisting of at least one active element (A1; A2), which blocks below a threshold voltage, and of a transistor (T5), connected as a diode. The transistor (T5), connected as a diode, together with a second transistor (T4) of the same conductance type, forms a current balancing device (T4, T5) whose current transfer can be adjusted by introducing an emitter resistor (R8) belonging to the second transistor (T4). The output current of this current balancing device (T4, T5) can be converted with the aid of a collector resistor (R5) of the second transistor (T4) into a voltage (UTR), which can be evaluated and is used as the input voltage of a Schmitt trigger (ST). The Schmitt trigger (ST) drives a control transistor (T3) which switches off the power transistor (T1) to be protected when the maximum permissible operating voltage is exceeded. <IMAGE>

Description

*■ 698 4* ■ 698 4

8.. k. 1981 Fb/Le8 .. k. 1981 Fb / Le

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1

Überlastschutζeinrichtung
Stand der Technik Overload protection device
State of the art

Die Erfindung betrifft eine Überlastschutzeinrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der US-PS 3 882 8Uo (siehe auch die korrespondierende DE-OS 23 OT ^3) ist "bereits eine Üb.erlastschutzeinrichtung dieser Art "bekannt, bei der der Leistungstransistor vor unzulässig hoher Verlustleistung' durch Abschalten geschützt wird. Diese Einrichtung hat aber den Nachteil, daß dabei die den Leistungstransistor ansteuernde Steuerschaltung nicht vor unzulässigen Überspannungen geschützt wird und daß deshalb bei der Steuerschaltung höhersperrende Transistoren eingesetzt werden müssen.The invention relates to an overload protection device according to the preamble of the main claim. From US-PS 3,882,8Uo (see also the corresponding DE-OS 23 OT ^ 3) is "already an overload protection device of this type "known at which the power transistor is protected from impermissibly high power loss' by switching off. This facility but has the disadvantage that the control circuit which drives the power transistor is not protected from impermissible overvoltages is protected and that therefore higher blocking transistors are used in the control circuit have to.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße Überlastschutzeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die Steuerschaltung vor unzulässigen Überspannungen geschützt wird und deshalb mit niedrigsperrenden ■Elementen, beispielsweise in monolithisch integrierter Technik, ausgeführt werden kann. Mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 2 wird zusätzlich der Leistungstransistor vor unzulässig hoher Verlustleistung geschützt. Anspruch 3 gibt an, wie das in Anspruch 1 angegebene, unterhalb einer Schwellspannung sperrende aktive Element inThe overload protection device according to the invention with the Characteristic features of claim 1 has the advantage that the control circuit against excessive overvoltages is protected and therefore with low blocking ■ elements, for example in monolithically integrated Technology, can be performed. With the characterizing features of claim 2, the power transistor is additionally protected from inadmissibly high power loss. Claim 3 indicates how the active element, which blocks below a threshold voltage, is indicated in claim 1

Zeichnungdrawing

Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Überlastschutzeinrichtung sind in .der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 das erste Ausführungsbeispiel der Überlastschutzeinrichtung gemäß der Erfindung, Figur 2 das zweite Ausführungsbeispiel der Überlastschutzeinrichtung gemäß der Erfindung, Figur 3 das. unterhalb einer Sclrwellspannung sperrende aktive Element nach den Figuren .1 und 2 in herkömmlicher schaltungsmäßiger Darstellung.Two embodiments of the overload protection device according to the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the description below. The figures show: FIG. 1 the first exemplary embodiment of the overload protection device according to the invention, FIG. 2 the second embodiment of the overload protection device According to the invention, FIG. 3, the active element which blocks below a surge voltage Figures .1 and 2 in a conventional circuit representation.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments

Gemäß Figur 1 ist der Emitter eines hochsperrenden npn-Leistungstransistors T1 an Masse gelegt, ■währendsein Kollektor über eine Last R1. an eine Batteriespannung U angeschlossen ist. Die Emitter-Basis-Strecke des Leistungstransistors T1 ist durch einen Widerstand R, überbrückt. Die Batteriespannung U ist einerseits über einen Widerstand R1 an eine Klemme A, andererseits über einen Widerstand R5 au eine Klemme C angeschlossen. Der .Emitter des Leistungstransistors T1 ist mit einer Klemme B, die Basis des Leistungstransistors T mit einer Klemme D verbunden. An die Klemme Ä ist die erste Betriebsstromleitung 10, an die -Klemme B die zweite Betriebsstr.omleitung 11 der nur teilweise dargestellten Steuerschaltung für den Leistungstransistor T angeschlossen.According to FIG. 1, the emitter of a high-blocking npn power transistor T 1 is connected to ground, while its collector is connected to a load R 1 . is connected to a battery voltage U. The emitter-base path of the power transistor T 1 is bridged by a resistor R 1. The battery voltage U is connected on the one hand to a terminal A via a resistor R 1 and on the other hand to a terminal C via a resistor R 5. The emitter of the power transistor T 1 is connected to a terminal B and the base of the power transistor T is connected to a terminal D. The first operating current line 10 is connected to the terminal A and the second operating current line 11 of the control circuit for the power transistor T, which is only partially shown, is connected to the terminal B.

Zwischen den Klemmen A und·C liegt eine Diode D , die mit ihrer Kathode an die Klemme A und mit·ihrer Anode an die Klemme C angeschlossen ist. J)iese Diode D ist Bestandteil der Steuerschaltung des Leistungstransistors T1. Bestandteil dieser Steuerschaltung ist ferner ein npn-Transistor T„ und ein Widerstand Ri . Der Kollektor des npn-Transistors T? ist dabei an die Klemme C angeschlossen, während dessen Emitter an die Klemme D und dessen Basis über den Widerstand Ri an die Betriebsstromleitung 10 angeschlossen ist.Between the terminals A and C there is a diode D whose cathode is connected to the terminal A and its anode to the terminal C. J) This diode D is part of the control circuit of the power transistor T 1 . A component of this control circuit is also an npn transistor T ″ and a resistor Ri. The collector of the npn transistor T ? is connected to terminal C, while its emitter is connected to terminal D and its base is connected to the operating power line 10 via the resistor Ri.

Um die Steuerschaltung vor unzulässigen Überspannungen zu schützen, ist zwischen ihren beiden Betriebsstromleitungen 10 und 11 die Serienschaltung aus zwei aktivenTo protect the control circuit from impermissible overvoltages, there is a connection between its two operating power lines 10 and 11 the series connection of two active ones

Elementen A1 und A0 und einein, kli Uioke* npn-Transistor T_ vorgesehen. Der Emitter des npn-■ Transistors T_ -ist dabei an die Betriebsstromleitung ■ ■ "· . . 11. angeschlossen. Die aktiven 'Elemente A " und A- haben '. · · . beide denselben Aufbau. Sie bestehen, jeweils aus einer. . Zenerdiode ZD. bzw. ZD2, einem npn-Transistor Tg bzw. T_ und einem Widerstand Rg bzw. R„ ,■ wobei die Kathode -der Zenerdiode ZD" bzw., ZD0 mit- dem Kollektor des npn-Transistors Tg b.zw. T7., die Anode der Zenerdiode ZD. bzw. ZDp-und ein Anschluß'des Widerstandes Rg bzw. R„ mit der Basis d'es. npn-Trans;istors Tg bzw. T„ · und der zweite Anschluß des Widerstandes Rg bzw. R_ mit dem Emitter des npn-Transistors Tg bzw. T„ verbunden ist .· Die. Basis . des npn-Transistors· Τς ist an die .Basis eines npn-Transistors T. angeschlossen, dessen Emitter über einen Widerstand'R« mit der Betriebstrom-'. leitung . 11 und'dessen Kollektor über einen Widerstand R_ mit der Betriebsstromleitung 10 verbunden ist. Die am Widerstand R_ abfallende Spannung U^- dient als Eingang.sspannung eines Schmitt-Triggers ST,-dessen Ausgang an die Basis eines npn-Steuertransistors T„ angeschlossen ■ist,' dessen Emitter mit der. Betriebsstromleitung 1 1 . verbunden ist und dessen Kollektor am Verbindungspunkt 12 zw.isehen der Basis des npn-Transistors T„ und dem Wider-■ stand R. liegt.. .Elements A 1 and A 0 and einin, kli Uioke * npn transistor T_ provided. The emitter of the npn- ■ transistor T_ -is connected to the operating current line ■ ■ "·.. 11. The active 'elements A" and A- have'. · ·. both have the same structure. They each consist of one. . Zener diode ZD. or ZD 2 , an npn transistor Tg or T_ and a resistor Rg or R ", ■ where the cathode -the Zener diode ZD" or, ZD 0 with the collector of the npn transistor Tg or T 7. , The anode of the Zener diode ZD. Or ZDp- and a connection 'of the resistor Rg or R "with the base d'es. Npn-Trans; istors Tg or T" · and the second connection of the resistor Rg or . R_ is connected to the emitter of the nPN transistor Tg and T ". · the. basis. of the npn transistor · Τ ς is connected to the .Basis an npn transistor T., its emitter via a Widerstand'R" with the operating current line 11 and whose collector is connected via a resistor R_ to the operating current line 10. The voltage U ^ which drops across the resistor R_ serves as the input voltage of a Schmitt trigger ST, - its output to the base of an npn control transistor T "is connected," whose emitter is connected to the operating current line 11 and whose collector is connected to the connection point 12 between the The base of the npn transistor T "and the resistor R. is located....

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Figur 1 ist dabei folgende: : ' ■ ·The mode of operation of the circuit arrangement according to FIG. 1 is as follows : '■ ·

Wenn die Batteriespannung unter ihrem vorgeschriebenen Höchstwert liegt, ist der Leistungstransistor T. und der Transistor T„ eingeschaltet und die· Diode D. gesperrt. Durch die Widerstände R., R?, R_ und R. fließt Str.om. Die aktiven. Elemente A und A" und die Transistoren T_, T, und' T sind gesperrt. Der Schmitt-Trigger ST arbeitet nicht. Die Widerstände R1., Rg, R„ und Rg sind stromlos.When the battery voltage is below its prescribed maximum value, the power transistor T. and the transistor T "are switched on and the diode D. blocked. Through the resistors R., R ? , R_ and R. flows Str.om. The active ones. Elements A and A "and the transistors T_, T, and 'T are blocked. The Schmitt trigger ST does not work. The resistors R 1. , Rg, R" and Rg are de-energized.

Steigt jedoch die Batteriespannung über ihren vorgeschriebenen Höchstwert an, so fließt über die zuvor gesperrte Reihenschaltung der Elemente A.., A0, T_ Strom, der auch den Transistor T,einschaltet, wobei der am Widerstand R1. entstehende Spannungsabfall U^ über den Schmitt-Trigger ST auch den Steuertransistor TIf, however, the battery voltage rises above its prescribed maximum value, current flows through the previously blocked series connection of the elements A .., A 0 , T_, which also switches on the transistor T, with the resistor R 1 . resulting voltage drop U ^ over the Schmitt trigger ST also the control transistor T

den Vortransistor T und'^en-'Lei'stuogstriwasiotor 1 in den Sperrzustand, so daß die Widerstände R_the pre-transistor T and '^ en-'Lei'stuogstriwasiotor 1 in the blocking state, so that the resistors R_

JjYy

und R, "stromlos werden. Der verbleibende Strom fließt nun einerseits über den Widerstand R1, andererseits über den Widerstand R und die Diode D1 in die Betriebsstromleitung 10 und von dort über die Uberlastsciiutzeinrichtung zur Betriebsstromleitung 11.The remaining current now flows on the one hand via the resistor R 1 and on the other hand via the resistor R and the diode D 1 into the operating current line 10 and from there via the overload protection device to the operating current line 11.

Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel. Gemäß Figur 2 ist der Emitter eines hochsperrenden npn-Leistungstransistors T an Masse gelegt, während sein Kollektor über eine Last L, R_ an eine Batteriespannung tL· , ange-Figure 2 shows a second embodiment. According to FIG. 2 is the emitter of a high-blocking npn power transistor T is connected to ground, while its collector is connected to a battery voltage tL ·, via a load L, R_.

jj a 3.Xi yy a 3.Xi

schlossen ist. Die Basis des Leistungstransistors T ist über einen Widerstand B. mit der Batteriespannung U verbunden. Die Batteriespannung U , ist andererseits über einen Widerstand R mit einer Klemme A verbunden, während der Emitter des Leistungstransistors T1 an eine Klemme B und die Basis des Leistungstransistors T1 an eine Klemme D angeschlossen ist. An die Klemme A ist die erste Betriebsstromleitung 10, an die Klemme B die zweite Betriebsstromleitung 11 der nur teilweise dargestellten Steuerschaltung für den Leistungstransistor T1 angeschlossen. Bestandteil der·Steuerschaltung des Leistungstransistors T1 sind die Schaltungselemente T1?, T10J R10 und R. . Der npn-Transistor T ist dabei mit seinem Emitter an die Betriebsstromleitung 11 und mit seinem Kollektor an die Klemme D angeschlossen, während seine Basis an dem Verbindungspunkt des Kollektors des npn-Transistors T10 mit dem Widerstand R1n liegt, wobei der andere Anschluß des Widerstandes R10 an die Betriebsstromleitung 10, der Emitter des Transistors T1- an die Betriebsstromleitung 11 und die Basis des Transistors T10 über den Widerstand R. an die Betriebsstromleitung 10 angeschlossen ist. Die Überlastschutzeinrichtung ist in derselben Weise wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 aufgebaut und besteht aus den Schaltungselementen A1, A2, T1-, Τ« , Rg, R , 'ST undis closed. The base of the power transistor T is connected to the battery voltage U via a resistor B. The battery voltage U, on the other hand, is connected to a terminal A via a resistor R, while the emitter of the power transistor T 1 is connected to a terminal B and the base of the power transistor T 1 is connected to a terminal D. The first operating current line 10 is connected to the terminal A and the second operating current line 11 of the only partially shown control circuit for the power transistor T 1 is connected to the terminal B. · Part of the control circuit of the power transistor T 1, the circuit elements T1? , T 10 JR 10 and R.. The emitter of the npn transistor T is connected to the operating power line 11 and its collector to the terminal D, while its base is connected to the junction of the collector of the npn transistor T 10 with the resistor R 1n , the other terminal of the Resistor R 10 to the operating power line 10, the emitter of the transistor T 1 - to the operating power line 11 and the base of the transistor T 10 is connected to the operating power line 10 via the resistor R. The overload protection device is constructed in the same way as in the exemplary embodiment according to FIG. 1 and consists of the circuit elements A 1 , A 2 , T 1 -, Τ, Rg, R, 'ST and

T_. Der Kollektor des Transistors T_ ist dabei an den 3 3T_. The collector of the transistor T_ is connected to the 3 3

Verbindungspunkt 13 zwischen der Basis des Transistors Tn und dem Widerstand R. angeschlossen.Connection point 13 between the base of the transistor T n and the resistor R connected.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Figur 2 ist dabei folgende:The mode of operation of the circuit arrangement according to FIG. 2 is as follows:

Wenn die Batteriespannung unter ihrem vorgeschriebenen Höchstwert liegt, ist der Leistungstransistor T. einge schaltet und der Transistor T12 gesperrt. Durch die Last Rx, L und durch die Widerstände R11, R10, R1n,When the battery voltage is below its prescribed maximum value, the power transistor T. is turned on and the transistor T 12 is blocked. Through the load R x , L and through the resistors R 11 , R 10 , R 1n ,

JLj ι \ I d. \ UJLj ι \ I d. \ U

Ri und durch den Transistor T10 fließt Strom. Die aktiven Elemente A1 und A_ und die Transistoren T_, T, und T sind gesperrt. Der Schmitt-Trigger ST arbeitet
stromlos.Ri and current flows through the transistor T 10. The active elements A 1 and A_ and the transistors T_, T, and T are blocked. The Schmitt trigger ST works
currentless.

arbeitet nicht. Die Widerstände R_ R/-, R„ und R0 sinddoes not work. The resistors R_ R / -, R "and R 0 are

5 6' T ο5 6 'T o

Steigt jedoch die Batteriespannung über ihren vorgeschriebenen Höchstwert an, so fließt über die zuvor gesperrte Reihenschaltung der Elemente A1, A„, T Strom, der auch den Transistor T, einschaltet, wobei der am Widerstand R- entstehende Spannungsabfall Um_über den Schmitt-Trigger ST auch den Steuertransistor T- in den leitenden Zustand schaltet. Dieser steuert den Transistor T1n in den gesperrten, den Transistor Tp in den leitenden und den Leistungstransistor T in den gesperrten Zustand. "However, if the battery voltage rises above its prescribed maximum value, then current flows through the previously blocked series connection of the elements A 1 , A ", T, which also switches on the transistor T, whereby the voltage drop U m through the resistor R- Trigger ST also switches the control transistor T- to the conductive state. This controls the transistor T 1n in the blocked state, the transistor Tp in the conductive state and the power transistor T in the blocked state. "

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Claims (3)

8.k.1981 Fb/Le8. k. 1981 Fb / Le ROBERT BOSCH GMBH, JOOO STUTTGART 1ROBERT BOSCH GMBH, JOOO STUTTGART 1 AnsprücheExpectations f 1 . UJberlastschutzeinrichtung iür eine Schaltungsanordnung mit einem in Serie mit einer Last (R_ , L) liegenden h'ochsperrenden Leistungstransistor (T ) und mit einer den Leistungstransistor (T ) ansteuernden Steuerschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Betriebsstromleitungen (10, 11) der Steuerschaltung . die Serienschaltung aus mindestens einem unterhalb einer Schwellspannung sperrenden aktiven Element (A1; Ap) und aus einem als Diode geschalteten Transistor (T ) vorgesehen ist. f 1. Overload protection device for a circuit arrangement with a high blocking power transistor (T) connected in series with a load (R_, L) and with a control circuit driving the power transistor (T), characterized in that between the two operating current lines (10, 11) of the control circuit . the series circuit is provided from at least one active element (A 1 ; A p ) which blocks below a threshold voltage and from a transistor (T) connected as a diode. 2. Überlastschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der als Diode geschaltete Transistor (T1.) zusammen mit. einem zweiten Transistor (Tj gleichen Leitfähigkeitstyps einen Stromspiegel (T^5 T1.) bildet, dessen StromüberSetzung durch Einführung eines zum zweiten Transistor (Tj gehörenden Emitterwiderstandes (Rn) einstellbar ist, daß der Ausgangsstrom dieses 2. Overload protection device according to claim 1, characterized in that the transistor connected as a diode (T 1. ) Together with. a second transistor (Tj of the same conductivity type forms a current mirror (T ^ 5 T 1. ), the current transfer of which is adjustable by introducing an emitter resistor (Rn) belonging to the second transistor (Tj), so that the output current of this Stromspiegels (Ti , T1.) mit Hilfe eines Kollektorwiderstandes (R ) des zweiten Transistors (T. ) in eine auszuwertende Spannung (U) umwandelbar ist, daß diese Spannung (U__) als Eingangsspannung eines Schmitt-Triggers (ST) dient, daß der Schmitt-Trigger (ST) zur Ansteuerung eines Steuertransistors (T ) dient, der den zu schützenden Leistungstransistor (T.) abschaltet, wenn die höchst zulässige Betriebsspannung überschritten wird.Current mirror (Ti, T 1. ) With the help of a collector resistor (R) of the second transistor (T.) can be converted into a voltage (U) to be evaluated, that this voltage (U__) serves as the input voltage of a Schmitt trigger (ST) that the Schmitt trigger (ST) is used to control a control transistor (T) that switches off the power transistor (T.) to be protected when the maximum permissible operating voltage is exceeded. 3. Uberlastschutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichne L, daß das aktive Element (A ; A5) aus einer Zenerdiode (ZD1J ZD ), einem Transistor (T/-; T) und einem Widerstand (R/rj R7-) besteht, wobei die Kathode der Zenerdiode (ZD..^ ZD?) mit dem Kollektor des Transistors "('Tg; T„), die Anode der Zenerdiode (ZD1; ZD„) und ein Anschluß des Widerstandes (R^; R7) mit der Basis des Transistors (T^; T7) und der zweite Anschluß des Widerstandes (R^9 R ) mit dem Emitter des Transistors (Tg^ T) -verbunden ist (Fig. 3). ■ '3. Overload protection device according to claim 1 or 2, characterized in that the active element (A; A 5 ) consists of a Zener diode (ZD 1 J ZD), a transistor (T / -; T) and a resistor (R / rj R 7 -), the cathode of the Zener diode (ZD .. ^ ZD ? ) With the collector of the transistor "('Tg;T"), the anode of the Zener diode (ZD 1 ; ZD ") and a connection of the resistor (R ^; R 7 ) is connected to the base of the transistor (T ^; T 7 ) and the second terminal of the resistor (R ^ 9 R) is connected to the emitter of the transistor (Tg ^ T) (Fig. 3).
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DE3119972C2 (en) 1993-05-13

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